Wytwarzanie, struktura pierwotna i właściwości plastyczne wybranych stopów wieloskładnikowych Mg-Li

• Autorzy: Mikuszewski T. , Kuc D.

Warianty tytułu

EN

Manufacture, cast structure and plastic properties of selected multicomponent Mg-Li alloys

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy omówiono technologiczne aspekty wytapiania i odlewania dwóch wieloskładnikowych stopów Mg-Li, zawierających odpowiednio ok. 4% mas. Li i ok. 7,5% Li (tab. 1). Zbadano wpływ parametrów odlewania (temperatura odlewania i szybkość stygnięcia w formie odlewniczej) na makro- i mikrostrukturę omawianych stopów. Określono również podstawowe właściwości plastyczne badanych stopów Mg-Li i porównano je z właściwościami stopu AZ31. Stwierdzono, że stopy Mg-Li można z powodzeniem wytapiać w indukcyjnych piecach próżniowych, przy czym korzystniejsze jest ich wytapianie w ochronnej atmosferze argonu. Stopy wytapiane w próżni intensywnie parują i powodują problemy z utrzymaniem ciekłego metalu w tyglu. Pary osadzone na komorze pieca ulegają często samozapłonowi po otwarciu pieca (rys. 1). Pozytywne efekty daje wytapianie stopów Mg-Li w litych tyglach z Al2O3. Wymurówka ubijana z sypkiej masy na osnowie MgO szybko zarasta i trudno usunąć z jej wnętrza żużel i pozostałości stopu po odlewaniu. Formy grafitowe są w pełni przydatne do odlewania stopów Mg-Li. Zastosowanie form piaskowych jest niekorzystne – powoduje reakcję ciekłego stopu z SiO2, przypalenia na powierzchni i zanieczyszczenie stref przypowierzchniowych wlewków (rys. 2). Parametry odlewania nie wywierają istotnego wpływu na makrostrukturę wlewków. Zaobserwowano niewielki wzrost wielkości ziarna wraz ze wzrostem temperatury odlewania (rys. 3). W miarę wzrostu temperatury odlewania zarówno dla stopów odlewanych do form piaskowych, jak i grafitowych rośnie wielkość kryształów fazy α w ich mikrostrukturze i zmniejsza się udział eutektyki rozmieszczonej w przestrzeniach międzydendrytycznych (rys. 4). Ze względu na obecność w składzie chemicznym badanych stopów, oprócz Mg i Li, również innych składników (Al, Zn, Mn, Ca, Cu), struktura fazowa stopów jest złożona, w szczególności struktura stopu Mg-4Li nie jest strukturą jednofazową (rys. 5). Naprężenie uplastyczniające stopu Mg-7,5Li jest mniejsze, a stopu Mg-4Li większe w porównaniu ze stopem AZ31. Stwierdzono przy tym, że naprężenie uplastyczniające badanych stopów Mg-Li maleje wraz ze wzrostem temperatury ich odlewania do form grafitowych (rys. 6÷8). Badane stopy Mg-Li, w przeciwieństwie do stopu AZ31, charakteryzują się równomiernym odkształceniem w próbie osiowosymetrycznego ściskania (rys. 9).

EN

Manufacture, cast structure and plastic properties of selected multicomponent Mg-Li alloys. The paper presents the technological aspects of smelting and casting of two multicomponent Mg-Li type alloys which include respectively about 4 mass % Li and 7.5 mass % Li (Tab. 1). The influence of the casting parameters on the macro- and microstructure of the analysed alloys was tested (casting temperature and speed of cooling in casting form). The basic plastic properties of the tested Mg-Li type alloys were also determined and compared with the properties of the AZ31 alloy. It was stated that Mg-Li type alloys can be easily cast in induction vacuum furnaces but it is more beneficial to cast them in an argon-shielded atmosphere. Alloys cast in vacuum evaporate more intensively and cause problems with keeping the liquid metal in the melting pot. Vapour gathering in the furnace chamber often self-ignites after opening the furnace (Fig. 1) Positive effects are achieved by casting Mg-Li alloys in a monolithic melting pot of Al2O3. Compacted refractory from loose material on the MgO matrix quickly grows and it is hard to remove the clinker and alloy residue after casting from the inside of it. Graphite moulds are fully useful to cast Mg-Li type alloys. The application of sand moulds is disadvantageous – it causes a reaction of the liquid alloy with SiO2, scorching on the surface and contamination of areas near the ingot surface (Fig. 2). The casting parameters do not influence the macrostructure of the ingots in a significant way. A slight increase in grain size was observed together with an increase in casting temperature (Fig. 3). As the casting temperature rose, both for alloys cast in sand forms and graphite forms, the phase α crystals in their microstructure enlarged and the influence of eutectic distributed in the inter-dendritic areas decreased (Fig. 4). Due to the presence of other elements (Al, Zn, Mn, Ca, Cu), besides Mg and Li in the chemical composition of the tested alloys, the structure of those alloys is complex and in particular the Mg-4Li alloy is not a mono-phase structure (Fig. 5). The flow stress of the Mg-7.5Li alloy is lower, and the Mg-4Li alloy higher in comparison with the AZ31 alloy. It was also found here that the flow stress of the tested Mg-Li type alloys decreases when the temperature of their casting into graphite forms increases (Fig. 6÷8). The tested Mg-Li type alloys, contrary to AZ31, are characterised by a uniform strain in an axisymmetric compression test (Fig. 9).

Słowa kluczowe

PL

stopy Mg-Li; wytapianie indukcyjne próżniowe; struktura pierwotna; właściwości plastyczne

EN

Mg-Li alloys; vacuum induction melting; cast structure; plastic properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 3
• Strony: 258--262
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mikuszewski T.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

autor

Kuc D.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] Dudek P., Fajkier A., Reguła T., Saja K.: Wybrane zagadnienia technologii przygotowania ciekłego stopu magnezu AZ91. Prace Instytutu Odlewnictwa, t. 49, zeszyt 1 (2009) 27÷42.
• [2] Holzer M., Holzer G.: Polityka Unii Europejskiej w zakresie stosowania fluorowanych gazów cieplarnianych i jej konsekwencje dla przemysłu odlewniczego. Przegląd Odlewnictwa 1-2 (2013) 30÷34.
• [3] Rozporządzenie (WE) nr 842/2006 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 17 maja 2006 r. w sprawie niektórych fluorowanych gazów cieplarnianych (uzupełnione 10 rozporządzeniami Komisji Europejskiej).
• [4] ASM Binary Alloy Phase Diagrams ASM International (1996).
• [5] Hadasik E., praca zbiorowa pod red.: Przetwórstwo metali. Plastyczność a struktura. Wydawnictwo Pol. Śląskiej, Gliwice (2006).
• [6] Białobrzeski A., Saja K.: Experimental stand for melting and casting of ultralight Mg-Li alloys. Archives of Foundry Engineering11/3 (2011) 17÷20.
• [7] Białobrzeski A., Lech-Grega M., Żelechowski J.: Badania struktury stopów na bazie magnezu i litu o strukturze dwufazowej α + β i jedno-fazowej β. Prace Instytutu Odlewnictwa, tom L/1 (2010) 17÷28.
• [8] Kuc D., Hadasik E.: Model of microstructure development in hot deformed magnesium alloy AZ31 type. Solid State Phenomena 197 (2013) 232÷237.
• [9] Schindler I., Kawulok P., Hadasik E., Kuc D.: Activation energy in hot forming and recrystallization models for magnesium alloy AZ31. Journal of Materials Engineering and Performance 3 (2013) 890÷897.
• [10] Kuc D., Hadasik E., Schindler I., Kawulok P., Śliwa R.: Characteristics of plasticity and microstructure of hot forming magnesium alloys Mg-Al-Zn type. Archives of Metallurgy and Materials 58 (1) (2013) 151÷156.